Hassas İşleme, yakın toleranslı yüzeylerin tutulması sırasında iş parçasından malzemeyi çıkarmaya yönelik bir işlemdir.Hassas makinenin frezeleme, tornalama ve elektrik deşarjlı işleme dahil olmak üzere birçok türü vardır.Günümüzde hassas bir makine genellikle Bilgisayar Sayısal Kontrolleri (CNC) kullanılarak kontrol edilir.
Neredeyse tüm metal ürünler, plastik ve ahşap gibi diğer birçok malzeme gibi hassas işleme kullanır.Bu makineler uzman ve eğitimli makinistler tarafından çalıştırılmaktadır.Kesici aletin işini yapabilmesi için doğru kesim yapabilmesi için belirtilen yönlerde hareket ettirilmesi gerekmektedir.Bu birincil harekete "kesme hızı" denir.İş parçası aynı zamanda "besleme"nin ikincil hareketi olarak da bilinen hareket ettirilebilir.Bu hareketler ve kesici takımın keskinliği birlikte hassas makinenin çalışmasını sağlar.
Kaliteli hassas işleme, AutoCAD ve TurboCAD gibi CAD (bilgisayar destekli tasarım) veya CAM (bilgisayar destekli üretim) programları tarafından oluşturulan son derece spesifik planları takip etme becerisini gerektirir.Yazılım, bir aletin, makinenin veya nesnenin üretilmesi için gereken karmaşık, 3 boyutlu diyagramların veya taslakların üretilmesine yardımcı olabilir.Bir ürünün bütünlüğünü koruduğundan emin olmak için bu planlara büyük ayrıntılarla bağlı kalınmalıdır.Hassas işleme şirketlerinin çoğu bir tür CAD/CAM programıyla çalışırken, tasarımın ilk aşamalarında hâlâ sıklıkla elle çizilmiş eskizlerle çalışıyorlar.
Hassas işleme, aralarında çelik, bronz, grafit, cam ve plastiklerin de bulunduğu çok sayıda malzeme üzerinde kullanılır.Projenin büyüklüğüne ve kullanılacak malzemelere bağlı olarak çeşitli hassas işleme takımları kullanılacaktır.Torna tezgahları, freze makineleri, matkap presleri, testereler ve taşlama makinelerinin ve hatta yüksek hızlı robotların herhangi bir kombinasyonu kullanılabilir.Havacılık ve uzay endüstrisi yüksek hızlı işlemeyi kullanabilirken, ahşap işleme alet yapımı endüstrisi foto-kimyasal gravür ve frezeleme süreçlerini kullanabilir.Bir üretimin veya belirli bir öğenin belirli bir miktarının seri üretime geçmesi binlerce olabileceği gibi sadece birkaç tane de olabilir.Hassas işleme genellikle CNC cihazlarının programlanmasını gerektirir; bu da bunların bilgisayarla sayısal olarak kontrol edildiği anlamına gelir.CNC cihazı, bir ürünün çalışması boyunca kesin boyutların takip edilmesini sağlar.
Frezeleme, kesiciyi iş parçasına belirli bir yönde ilerleterek (veya besleyerek) bir iş parçasından malzeme çıkarmak için döner kesicilerin kullanıldığı işleme işlemidir.Kesici ayrıca aletin eksenine göre bir açıda da tutulabilir.Frezeleme, küçük tek parçalardan büyük, ağır hizmet tipi toplu frezeleme işlemlerine kadar ölçeklerde çok çeşitli farklı operasyonları ve makineleri kapsar.Özel parçaların hassas toleranslara göre işlenmesi için en yaygın kullanılan işlemlerden biridir.
Frezeleme çok çeşitli takım tezgahları ile yapılabilir.Frezeleme için orijinal takım tezgahı sınıfı, freze makinesiydi (genellikle değirmen olarak adlandırılır).Bilgisayarlı sayısal kontrolün (CNC) ortaya çıkışından sonra, freze makineleri işleme merkezlerine dönüştü: otomatik takım değiştiriciler, takım magazinleri veya karuselleri, CNC kapasitesi, soğutma sistemleri ve muhafazalarla desteklenen freze makineleri.Frezeleme merkezleri genellikle dikey işleme merkezleri (VMC'ler) veya yatay işleme merkezleri (HMC'ler) olarak sınıflandırılır.
Frezelemenin tornalama ortamlarına entegrasyonu ve bunun tersi, torna tezgahları için canlı takımlarla işleme ve tornalama operasyonları için ara sıra frezelerin kullanılmasıyla başladı.Bu, aynı çalışma alanı içinde frezeleme ve tornalamayı kolaylaştırmak için özel olarak tasarlanmış yeni bir takım tezgahı sınıfının, çok görevli makinelerin (MTM'ler) ortaya çıkmasına yol açtı.
Parça tedarikine bağımlı olan tasarım mühendisleri, Ar-Ge ekipleri ve üreticiler için hassas CNC işleme, ek işleme gerek kalmadan karmaşık parçaların oluşturulmasına olanak tanır.Aslında hassas CNC işleme çoğu zaman bitmiş parçaların tek bir makinede yapılmasını mümkün kılar.
İşleme prosesi, malzemeyi ortadan kaldırır ve bir parçanın nihai ve genellikle son derece karmaşık tasarımını oluşturmak için çok çeşitli kesici takımlar kullanır.İşleme takımlarının kontrolünü otomatikleştirmek için kullanılan bilgisayarlı sayısal kontrolün (CNC) kullanılmasıyla hassasiyet düzeyi artırılır.
Hassas işlemede "CNC"nin rolü
Kodlanmış programlama talimatlarını kullanan hassas CNC işleme, bir iş parçasının makine operatörünün manuel müdahalesine gerek kalmadan spesifikasyonlara göre kesilmesine ve şekillendirilmesine olanak tanır.
Bir müşteri tarafından sağlanan bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelini alan uzman bir makinist, parçanın işlenmesine ilişkin talimatları oluşturmak için bilgisayar destekli üretim yazılımını (CAM) kullanır.Yazılım, CAD modelini temel alarak hangi takım yollarının gerekli olduğunu belirler ve makineye şunu bildiren programlama kodunu oluşturur:
■ Doğru RPM'ler ve ilerleme hızları nelerdir?
■ Takımın ve/veya iş parçasının ne zaman ve nereye taşınması gerektiği
■ Ne kadar derin kesilecek
■ Soğutma sıvısı ne zaman uygulanmalı
■ Hız, ilerleme hızı ve koordinasyonla ilgili diğer faktörler
Bir CNC kontrolörü daha sonra makinenin hareketlerini kontrol etmek, otomatikleştirmek ve izlemek için programlama kodunu kullanır.
Günümüzde CNC, torna tezgahları, frezeler ve yönlendiricilerden tel EDM (elektrikli deşarj işleme), lazer ve plazma kesme makinelerine kadar çok çeşitli ekipmanların yerleşik bir özelliğidir.İşleme sürecini otomatikleştirmenin ve hassasiyeti artırmanın yanı sıra CNC, manuel görevleri ortadan kaldırır ve makinistlerin aynı anda çalışan birden fazla makineyi denetlemesini sağlar.
Ayrıca takım yolu tasarlanıp makine programlandıktan sonra, bir parçayı istenilen sayıda çalıştırabilir.Bu, yüksek düzeyde hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sağlar ve bu da süreci son derece uygun maliyetli ve ölçeklenebilir hale getirir.
İşlenen malzemeler
Yaygın olarak işlenen bazı metaller arasında alüminyum, pirinç, bronz, bakır, çelik, titanyum ve çinko bulunur.Ayrıca ahşap, köpük, fiberglas ve polipropilen gibi plastikler de işlenebilmektedir.
Aslında uygulamaya ve gereksinimlerine bağlı olarak hemen hemen her malzeme hassas CNC işlemeyle kullanılabilir.
Hassas CNC işlemenin bazı avantajları
Çok çeşitli üretilen ürünlerde kullanılan küçük parçaların ve bileşenlerin çoğu için hassas CNC işleme genellikle tercih edilen imalat yöntemidir.
Hemen hemen tüm kesme ve işleme yöntemlerinde olduğu gibi, farklı malzemeler farklı davranır ve bir bileşenin boyutu ve şekli de süreç üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.Ancak genel olarak hassas CNC işleme süreci diğer işleme yöntemlerine göre avantajlar sunar.
Bunun nedeni, CNC işlemenin aşağıdakileri sunabilmesidir:
■ Yüksek derecede parça karmaşıklığı
■ Dar toleranslar, tipik olarak ±0,0002" (±0,00508 mm) ile ±0,0005" (±0,0127 mm) arasında değişir
■ Özel kaplamalar da dahil olmak üzere olağanüstü pürüzsüz yüzey kaplamaları
■ Yüksek hacimlerde bile tekrarlanabilirlik
Yetenekli bir makinist, 10 veya 100 adetlik miktarlarda kaliteli bir parça yapmak için manuel torna tezgahını kullanabilirken, 1000 parçaya ihtiyacınız olduğunda ne olur?10.000 parça mı?100.000 mi yoksa bir milyon parça mı?
Hassas CNC işlemeyle bu tür yüksek hacimli üretim için gereken ölçeklenebilirliği ve hızı elde edebilirsiniz.Ek olarak, hassas CNC işlemenin yüksek tekrarlanabilirliği, kaç parça üretirseniz üretin, size baştan sona aynı olan parçalar sağlar.
Tel EDM (elektrikli deşarj işleme), eklemeli işleme ve 3D lazer baskı dahil olmak üzere çok özel CNC işleme yöntemleri vardır.Örneğin tel EDM, iş parçasını aşındırarak karmaşık şekillere dönüştürmek için iletken malzemeleri (genellikle metaller) ve elektrik deşarjlarını kullanır.
Ancak burada frezeleme ve tornalama işlemlerine odaklanacağız; bunlar yaygın olarak mevcut olan ve hassas CNC işleme için sıklıkla kullanılan iki çıkarma yöntemidir.
Frezeleme ve Tornalama
Frezeleme, malzemeyi çıkarmak ve şekiller oluşturmak için dönen, silindirik bir kesici takım kullanan bir işleme işlemidir.Değirmen veya işleme merkezi olarak bilinen frezeleme ekipmanı, işlenmiş metalden yapılmış en büyük nesnelerin bazılarında karmaşık parça geometrilerinden oluşan bir evren oluşturur.
Frezelemenin önemli bir özelliği, kesici takım dönerken iş parçasının sabit kalmasıdır.Başka bir deyişle, bir değirmende dönen kesici takım, yatak üzerinde yerinde sabit kalan iş parçasının etrafında hareket eder.
Tornalama, bir iş parçasının torna adı verilen ekipman üzerinde kesilmesi veya şekillendirilmesi işlemidir.Tipik olarak, torna tezgahı iş parçasını dikey veya yatay bir eksende döndürürken sabit bir kesici takım (dönüyor olabilir veya olmayabilir) programlanan eksen boyunca hareket eder.
Takım fiziksel olarak parçanın etrafında dolaşamaz.Malzeme dönerek aletin programlanan işlemleri gerçekleştirmesine olanak tanır.(Aletlerin makarayla beslenen bir telin etrafında döndüğü bir torna tezgahı alt kümesi vardır, ancak bu burada ele alınmamıştır.)
Tornalamada, frezelemeden farklı olarak iş parçası döner.Parça stoğu torna tezgahının milini çalıştırır ve kesici takım iş parçasıyla temas ettirilir.
Manuel ve CNC işleme
Hem frezeler hem de tornalar manuel modellerde mevcut olsa da, CNC makineleri küçük parça üretimi amaçları için daha uygundur; dar toleranslı parçaların yüksek hacimli üretimini gerektiren uygulamalar için ölçeklenebilirlik ve tekrarlanabilirlik sunar.
Hassas CNC ekipmanları, takımın X ve Z eksenlerinde hareket ettiği basit 2 eksenli makineler sunmanın yanı sıra, iş parçasının da hareket edebildiği çok eksenli modelleri içerir.Bu, iş parçasının eğirmeyle sınırlı olduğu ve takımların istenen geometriyi oluşturmak için hareket ettiği torna tezgahının tersidir.
Bu çok eksenli konfigürasyonlar, makine operatörünün ek çalışmasına gerek kalmadan tek bir işlemde daha karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak tanır.Bu sadece karmaşık parçaların üretimini kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda operatör hatası olasılığını da azaltır veya ortadan kaldırır.
Ek olarak, hassas CNC işleme ile yüksek basınçlı soğutma sıvısının kullanılması, dikey olarak yönlendirilmiş iş miline sahip bir makine kullanıldığında bile iş parçasına talaş girmemesini sağlar.
CNC değirmenleri
Farklı freze makineleri boyutlarına, eksen konfigürasyonlarına, ilerleme hızlarına, kesme hızlarına, frezeleme ilerleme yönlerine ve diğer özelliklerine göre farklılık gösterir.
Ancak genel olarak CNC frezelerin tümü, istenmeyen malzemeleri kesmek için dönen bir iş mili kullanır.Çelik ve titanyum gibi sert metalleri kesmek için kullanılırlar ancak plastik ve alüminyum gibi malzemelerle de kullanılabilirler.
CNC frezeler tekrarlanabilirlik için üretilmiştir ve prototiplemeden yüksek hacimli üretime kadar her şey için kullanılabilir.Üst düzey hassas CNC frezeler genellikle ince kalıpların ve kalıpların frezelenmesi gibi sıkı toleranslı işler için kullanılır.
CNC frezeleme hızlı geri dönüş sağlayabilirken, frezelenmiş son işlem, görünür takım işaretlerine sahip parçalar oluşturur.Ayrıca bazı keskin kenarlara ve çapaklara sahip parçalar da üretilebilir; dolayısıyla, kenarlar ve çapakların bu özellikler için kabul edilemez olması durumunda ek işlemler gerekebilir.
Elbette, sıraya göre programlanan çapak alma takımları çapak alacaktır, ancak genellikle bitmiş gereksinimin en fazla %90'ını karşılayarak son elle bitirme için bazı özellikler bırakır.
Yüzey cilasına gelince, yalnızca kabul edilebilir bir yüzey cilası değil, aynı zamanda çalışma ürününün bazı kısımlarında ayna benzeri bir cila da üretecek araçlar vardır.
CNC freze çeşitleri
İki temel freze makinesi türü, dikey işleme merkezleri ve yatay işleme merkezleri olarak bilinir; buradaki temel fark, makine milinin yönelimindedir.
Dikey işleme merkezi, iş mili ekseninin Z ekseni yönünde hizalandığı bir frezedir.Bu dikey makineler ayrıca iki türe ayrılabilir:
■İş milinin kendi eksenine paralel hareket ettiği, tablanın ise iş mili eksenine dik olarak hareket ettiği yataklı frezeler
■İş milinin sabit olduğu ve kesme işlemi sırasında tablanın her zaman iş mili eksenine dik ve paralel olacak şekilde hareket ettirildiği taret frezeler
Yatay bir işleme merkezinde, frezenin iş mili ekseni Y ekseni yönünde hizalanır.Yatay yapı, bu değirmenlerin makine atölyesinde daha fazla yer kaplama eğiliminde olduğu anlamına gelir;ayrıca genellikle dikey makinelerden daha ağırdırlar ve daha güçlüdürler.
Daha iyi bir yüzey kalitesine ihtiyaç duyulduğunda genellikle yatay bir freze kullanılır;bunun nedeni, iş milinin yönünün, kesme talaşlarının doğal olarak düşmesi ve kolayca çıkarılması anlamına gelmesidir.(Ek bir avantaj olarak verimli talaş kaldırma, takım ömrünün artmasına yardımcı olur.)
Genel olarak dikey işleme merkezleri daha yaygındır çünkü yatay işleme merkezleri kadar güçlü olabilirler ve çok küçük parçaları işleyebilirler.Ayrıca dikey merkezler, yatay işleme merkezlerine göre daha küçük bir ayak izine sahiptir.
Çok eksenli CNC frezeler
Hassas CNC freze merkezleri birden fazla eksenle mevcuttur.3 eksenli bir freze, çok çeşitli işler için X, Y ve Z eksenlerini kullanır.4 eksenli freze ile makine dikey ve yatay eksende dönebilir ve iş parçasını daha sürekli işleme sağlayacak şekilde hareket ettirebilir.
5 eksenli bir frezede üç geleneksel eksen ve iki ek döner eksen bulunur; iş mili kafası etrafında hareket ettikçe iş parçasının döndürülmesine olanak tanır.Bu, iş parçasının beş tarafının, iş parçasını çıkarmadan ve makineyi sıfırlamadan işlenmesine olanak sağlar.
CNC torna tezgahları
Tornalama merkezi olarak da adlandırılan torna tezgahında bir veya daha fazla iş mili ve X ve Z eksenleri bulunur.Makine, iş parçasına çok çeşitli takımlar uygulayarak çeşitli kesme ve şekillendirme işlemlerini gerçekleştirmek için iş parçasını kendi ekseni etrafında döndürmek için kullanılır.
Canlı hareketli takım tornaları olarak da adlandırılan CNC torna tezgahları, simetrik silindirik veya küresel parçalar oluşturmak için idealdir.CNC frezeler gibi, CNC torna tezgahları da prototip oluşturma gibi daha küçük işlemleri gerçekleştirebilir ancak aynı zamanda yüksek hacimli üretimi destekleyecek şekilde yüksek tekrarlanabilirlik için de ayarlanabilir.
CNC torna tezgahları aynı zamanda nispeten eller serbest üretim için de kurulabilir; bu da onların otomotiv, elektronik, havacılık, robotik ve tıbbi cihaz endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
CNC torna tezgahı nasıl çalışır?
Bir CNC torna tezgahında, torna milinin aynasına boş bir stok malzeme çubuğu yüklenir.Bu ayna, iş mili dönerken iş parçasını yerinde tutar.İş mili gerekli hıza ulaştığında, malzemeyi çıkarmak ve doğru geometriyi elde etmek için sabit bir kesici takım iş parçasıyla temas ettirilir.
Bir CNC torna tezgahı delme, diş açma, delik işleme, raybalama, yüzey kaplama ve konik tornalama gibi bir dizi işlemi gerçekleştirebilir.Farklı işlemler takım değişiklikleri gerektirir ve maliyeti ve kurulum süresini artırabilir.
Gerekli tüm işleme operasyonları tamamlandığında parça, gerekirse daha ileri işlemler için stoktan kesilir.CNC torna tezgahı daha sonra işlemi tekrarlamaya hazırdır; arada genellikle çok az ek kurulum süresi gerekir veya hiç gerekmez.
CNC torna tezgahları aynı zamanda manüel ham madde taşıma miktarını azaltan ve aşağıdaki gibi avantajlar sağlayan çeşitli otomatik çubuk besleyicileri de barındırabilir:
■ Makine operatörünün harcadığı zamanı ve çabayı azaltın
■ Hassasiyeti olumsuz etkileyebilecek titreşimleri azaltmak için çubuğu destekleyin
■ Takım tezgahının optimum iş mili hızlarında çalışmasına izin verin
■ Geçiş sürelerini en aza indirin
■ Malzeme israfını azaltın
CNC torna tezgahlarının türleri
Çok sayıda farklı tipte torna tezgahı vardır, ancak en yaygın olanları 2 eksenli CNC torna tezgahları ve Çin tarzı otomatik torna tezgahlarıdır.
Çoğu CNC Çin torna tezgahı, bir veya iki ana iş mili artı bir veya iki arka (veya ikincil) iş mili kullanır ve birincisinden döner transfer sorumludur.Ana iş mili, bir kılavuz burç yardımıyla birincil işleme işlemini gerçekleştirir.
Ek olarak, bazı Çin tarzı torna tezgahları, CNC değirmeni olarak çalışan ikinci bir takım kafasıyla donatılmıştır.
CNC Çin tarzı otomatik torna tezgahında stok malzemesi, kayan kafalı bir mil aracılığıyla bir kılavuz burcuna beslenir.Bu, aletin malzemeyi malzemenin desteklendiği noktaya daha yakın kesmesine olanak tanıyarak Çin makinesini özellikle uzun, ince tornalanmış parçalar ve mikro işleme için faydalı kılar.
Çok eksenli CNC torna merkezleri ve Çin tarzı torna tezgahları, tek bir makine kullanarak birden fazla işleme işlemini gerçekleştirebilir.Bu, geleneksel CNC frezeleme gibi ekipmanlar kullanılarak birden fazla makine veya takım değişikliği gerektirecek karmaşık geometriler için onları uygun maliyetli bir seçenek haline getiriyor.